Теоретические основы осаждения сульфидов



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Теоретические основы осаждения сульфидов



Катионы многих элементов (кроме s1- и s2-элементов) образуют малорастворимые сульфиды. Сульфиды могут быть получены при действии на соли металлов сероводорода или сульфидов аммония и щелочных металлов. Растворимость сульфидов закономерно уменьшается по группам сверху вниз (для p-элементов) и периодам слева направо (для d-элементов).

Осаждение сульфидов сероводородом включает ряд стадий, каждая из которых характеризуется своей константой равновесия:

H2S(г) ↔ H2S(ж);

H2S ↔ HS + H+;

HS ↔ S2– + H+;

M2+ + S2– ↔ MS(т).

Суммарная константа равновесия (после ряда преобразований):

Отсюда следует, что осаждение сульфидов типа MS сероводородом определяется значением ПР, которое должно быть меньше 10–21.

Осаждение сульфидов под действием сульфида натрия или сульфида аммония осложняется конкурирующими реакциями гидролиза:

S2– + H2O ↔ HS +OH (если осадитель – Na2S);

NH4+ + S2– + H2O ↔ NH4OH + HS (если осадитель – (NH4)2S).

Расчеты показывают, что в этом случае могут осаждаться только те сульфиды типа MS, которые имеют ПР<10–8.

На полноту и возможность осаждения сульфидов большое влияние оказывает рН среды. Сульфид-ионы в растворе могут существовать в различных формах: S2–, HS, H2S, причем концентрация каждой формы зависит от значения рН. В кислой среде преобладают протонированные формы HS и H2S, а в щелочной – ионы S2–. В реакции осаждения принимают участие только ионы S2–, доля которых в кислой среде уменьшается. Так, при подкислении раствора H2S 0,3 М раствором HCl концентрация сульфид-ионов резко понижается (примерно в 12·106 раз).

Расчёты показывают, что в сильных кислотах растворимы сульфиды с ПР >> 10–20, а в избытке сильных кислот – с ПР >> 10–24.

Групповым реагентом для катионов IIIаналитической группы является сульфид аммония (NH4)2S. Эта соль образована слабой кислотой и слабым основанием и в водной среде имеет слабощелочную среду. Поэтому состав осадков, которые образуют катионы III аналитической группы, может быть различным в зависимости от того, сульфиды или гидроксиды соответствующих катионов менее растворимы. Так, катионы Al3+ и Cr3+ осаждаются в виде гидроксидов металлов. Катионы Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Fe3+, Zn2+ образуют сульфиды. Осадки растворимы в кислотах (2 н. HNO3).

Оптимальные условия осаждения катионов III группы

Осаждение катионов III группы групповым реагентом (NH4)2S надо проводить:

а) в присутствии NH4OН и NH4Cl (аммиачного буфера);

б) при значении рН » 9;

в) из горячего раствора.

Эти условия осаждения являются оптимальными и создаются с целью полного отделения катионов III группы от катионов I и II групп.

Присутствие NH4OН необходимо для:

─ нейтрализации кислоты, которая образуется за счёт гидролиза солей катионов III группы;

─ подавления гидролиза группового реагента (NH4)2S;

─ создания буферного раствора с рН » 9.

Присутствие NH4Cl необходимо для:

─ создания буферного раствора с рН » 9;

─ удержания ионов Mg2+ в растворе (препятствует образованию малорастворимого Mg(OH)2, как описано выше);

─ коагуляции коллоидных растворов сульфидов.

Роль значения рН:

а) при рН < 9 сульфиды катионов III группы и гидроксиды алюминия (III) и хрома (III) осаждаются неполно;

б) при рН > 9 ионы Mg2+ осаждаются в виде гидроксида Mg(OH)2 и остаются в осадке вместе с катионами III группы, а амфотерные гидроксиды Al(OH)3 и Cr(OH)3 растворяются, в результате чего алюминий (III) и хром (III) остаются в растворе вместе с катионами
I и II групп.

Таким образом, необходимо проводить осаждение в узком интервале значений рН, поддерживая кислотность среды с помощью аммиачного буферного раствора.

Нагревание необходимо для коагуляции коллоидных растворов сульфидов.

Систематический ход анализа катионов III группы

Реакции катионов III аналитической группы отличаются бóльшим разнообразием и сложностью, чем реакции катионов I и II аналитических групп, поэтому разработаны различные методы систематического анализа смеси катионов III группы:

а) пероксидный (для разделения используют избыток NаОH в присутствии Н2О2);

б) аммиачный (NН4ОH в присутствии солей аммония);

в) щелочной (избыток NаОH при нагревании);

г) ацетатный (СН3СООNа при нагревании).

Эти методы отличаются друг от друга способом первоначального разделения ионов внутри группы. Например, разделение с применением Н2О2 и избытка NаОН основано на различных окислительно-восстановительных свойствах катионов III группы и амфотерном характере гидроксидов Al(OH)3 и Zn(OH)2. В ходе разделения все ионы вступают в реакцию со щёлочью, а ионы Fe2+, Cr3+ и Mn2+ ещё и окисляются пероксидом водорода Н2О2. При этом взаимодействие с каждым из реагентов протекает по-разному. Так, катионы Fe2+ и Mn2+ окисляются до катионов с бóльшим зарядом и осаждаются в виде гидроксидов, а катион Cr3+ переходит в анионную форму CrО42– и остаётся в растворе. Гидроксиды Al(OH)3 и Zn(OH)2 растворяются в избытке щёлочи, образуя ионы [Zn(OH)4]2– и [Al(OH)6]3–, и по этой причине остаются в растворе, в то время как другие катионы выпадают в осадок в виде малорастворимых гидроксидов.

Таким образом, систематический ход анализа катионов III группы с применением пероксидного метода включает следующие операции:

1) обнаружение ионов Fe2+, Fe3+ и Zn2+ с помощью специфических реакций в предварительных испытаниях;

2) отделение ионов Al3+, Cr3+ и Zn2+ от ионов Fe2+, Fe3+ и Мn2+;

3) обнаружение иона Cr3+;

4) обнаружение иона Al3+;

5) маскирование иона Fe3+ (если обнаружены ионы Fe2+ и/или ионы Fe3+);

6) обнаружение иона Мn2+.

Схема разделения ионов внутри III аналитической группы при проведении систематического анализа представлена на рис. 4.

Раствор: Fe2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cr3+ Zn2+
+ NаОН, Н2О2

 

 

Раствор: [Zn(OH)4]2– [Al(OH)6]3– CrО42–   Осадок: Fe(OH)3↓ МnО(OH)2

Рис. 4. Схема разделения катионов III группы

Систематический ход анализа катионов I–III групп

Катионы III группы мешают обнаружению катионов II и I групп, поскольку они образуют осадки с Na2HPO4, (NH4)2CO3, (NH4)2C2O4 и другими реагентами, применяемыми при анализе катионов II и
I групп. Следовательно, при проведении систематического анализа смеси катионов I–III аналитических групп необходимо в первую очередь отделить катионы III группы действием группового реагента (NH4)2S.

Полученный осадок сульфидов и гидроксидов катионов III группы растворяют и далее работают с ним, как описано на с. 34, а раствор, содержащий катионы I–II групп, используют для дальнейшего разделения ионов на группы, как описано на с. 26.

Раствор: NH4+ Na+ К+ Mg 2+ Са2+ Ва2+ Fe2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cr3+ Zn2+
+ (NH4)2S

 

Раствор (I и II группы): NH4+ Na+ К+ Mg 2+ Са2+ Ва2+   Осадок (III группа): FeS¯ Fe2S3¯ MnS¯ ZnS¯ Al(OH)3↓ Cr(OH)3
      +НNО3
       

 

 

      Раствор (III группа):Fe2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cr3+ Zn2+

Рис. 5. Схема разделения катионов I–III групп

(при отсутствии в растворе фосфат-ионов PO43–)

Схема разделения ионов I, II и III аналитических групп при проведении систематического анализа смеси катионов I–III групп (если в растворе отсутствуют фосфат-ионы PO43–) представлена на рис. 5.

 

Систематический ход анализа катионов I–III групп
в присутствии фосфат-ионов PO43–

Присутствие в растворе фосфат-ионов PO43– мешает отделению катионов III группы от катионов II и I групп.

Фосфаты катионов II группы и Mg2+ не растворимы в воде, но растворимы в кислотах. Таким образом, если анализируемая проба катионов I–III групп имеет кислую реакцию среды, то даже при наличии в ней фосфатов осадок не образуется. Однако для обеспечения оптимальных условий осаждения катионов III группы групповым реагентом (NH4)2S необходимо создать щелочную среду. При этом фосфаты катионов II группы и Mg2+ выпадают в осадок и остаются в нем вместе с сульфидами и гидроксидами катионов III группы.

Следовательно, при проведении систематического анализа смеси катионов I–III аналитических групп в присутствии фосфат-ионов PO43– становится невозможным отделить катионы III группы действием группового реагента (NH4)2S. Чтобы провести такое разделение, необходимо сначала удалить ионы PO43–. Для этого существует ряд способов. Все они основаны на осаждении ионов PO43– под действием различных реагентов:

а) FeCl3 в присутствии ацетатного буфера (ацетатный метод);

б) SnCl4 в среде HCl;

в) нитрата циркония (IV) в среде HCl;

г) ионов висмута (III) в среде HNO3 и др.

Например, систематический ход анализа смеси катионов I–III аналитических групп в присутствии ионов PO43– ацетатным методом (см. рис. 6) предполагает выполнение следующих операций в строго определённой последовательности:

1) обнаружение ионов Fe2+ и Fe3+ в предварительных испытаниях;

2) окисление Fe2+ до Fe3+ (если обнаружен);

3) осаждение иона PO43–;

4) разделение железа (III), хрома (III) и алюминия (III), которые находятся в осадке в виде FePO4 и основных ацетатов;

5) обнаружение хрома (III) и алюминия (III);

6) анализ раствора, содержащего остальные катионы III группы вместе с катионами II и I групп (по обычной схеме систематического анализа).

Раствор: NH4+ Na+ К+ Mg 2+ Са2+ Ва2+ Fe2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cr3+ Zn2+ PO43–
+ HNО3

 

Раствор: NH4+ Na+ К+ Mg 2+ Са2+ Ва2+ Fe3+ Mn2+ Al3+ Cr3+ Zn2+ PO43–
+ FeCl3, ацетатный буфер

 


Раствор: NH4+ Na+ К+ Mg 2+ Са2+ Ва2+ Mn2+ Zn2+   Осадок: FePO4¯ Основные ацетаты Fe3+, Аl3+, Cr3+
      + NаОН, Н2О2
       

 

 

  Раствор: [Al(OH)6]3– CrО42–   Осадок: FePO4¯

Рис. 6. Схема разделения катионов I–III групп

(в присутствии фосфат-ионов PO43–)

 

Лабораторная работа №2

«Анализ смеси катионов первой и второй группы».

Цель работы:провести качественный анализ раствора, в котором возможно присутствие ионов NH4+, K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Ba2+.

Подготовка к выполнению работы и проведение анализа.

1.Ознакомиться с техникой выполнения основных операций (см. приложение);

2. Изучить основные аналитические реакции указанных ионов, используя растворы их солей;

3. Ознакомиться с рекомендациями к выполнению контрольных анализов (см. приложение);

4. Получить у лаборантов контрольный (анализируемый) раствор и выполнить лабораторную работу в соответствии со схемой (см. схему 1,2) анализа и приведенным ниже ходом выполнения. Результаты анализа представить в виде таблицы

Таблица 1.

ион Реагент, условия проведения реакции Аналитическая реакция Аналитический эффект
Ba2+ K2Cr2O7 в присутствии ацетатного буфера при нагревании 2Ba2++K2Cr2O7+H2O= 2BaCrO4 ↓+2K++2H+ Выпал желтый кристаллический осадок

Анализируемый раствор делят на три части: с одной проводят предварительные испытания, другую подвергают систематическому анализу, третью оставляют для проверки полученных результатов.

Предварительные испытания

(проводят с отдельными порциями исследуемого раствора)

Реакция среды.

Определяют рН раствора с помощью универсальной бумаги.

1.2. Обнаружение ионов NH4+.

Определение проводят, действуя на исследуемый раствор раствором щелочи NaOH или КОН при нагревании:

NH4+ + OH → NH3↑ + H2O.

Определение проводят в «газовой камере», состоящей из двух часовых стекол одинакового размера. На нижнее стекло помещают 1-2 капли анализируемого раствора, 1-2 капли 1н раствора NaOH и накрывают другим стеклом, на вогнутую поверхность которого прикреплен кусочек влажной индикаторной бумаги. Для ускарения реакции камеру слегка нагревают на водяной бане. Посинение индикаторной бумаги свидетельствует о наличии в растворе ионов NH4+

1.3. Проба на присутствие ионов К+ (выполняется толь в случае отсутствия ионов NH4+).

Если проба 1.2 дала отрицательный результат, на предметное стекло помещают каплю исследуемого раствора и нагревают его на плитке до появления каемочки сухой соли.

На некотором расстоянии от нее наносят каплю Na2PbCu(NO2)6 (реактив для обнаружения ионов К+). Реактив осторожно подводят к сухой каемочке соли и через 2-3 мин рассматривают выпавшие кристаллы под микроскопом. Форма кристаллов показана на рисунке в учебнике.

Если в растворе присутствуют ионы К+, то образуются кубические кристаллы К2PbCu(NO2)6 черного или коричневого цвета. Ионы NH4+ образуют такие же кристаллы и поэтому мешают реакции. При выполнении этой реакции полезно провести холостой опыт. Выполнение холостого опыта. При проведении реакции обнаружения полезно сравнивать наблюдаемый эффект с результатом холостого опыта, в котором использовались все те же реагенты в тех же условиях, что и в основном, но в отсутствии определяемого иона. Заключения о наличии иона в системе можно делать лишь в то случае, если наблюдаемый эффект реакции гораздо интенсивнее, чем в холостом опыте.

Систематический ход анализа



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-23; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.174.62.102 (0.011 с.)